[实用新型]卷绕式电极

说明书

本公开提供一种卷绕式电极，由柔性导电集流体和形成于所述柔性导电集流体表面的硫正极材料卷绕而成。该卷绕式电极能够有效构筑更大面积的反应界面，加速多硫化锂转化反应，并有效抑制多硫化锂的穿梭效应，从而提升锂硫电池比容量及循环稳定性。在高面积载硫下也能获得较好的性能，具有良好的应用前景。

技术领域

本公开涉及电池领域，具体涉及一种卷绕式电极。

背景技术

商用锂离子电池如LiFeO₄、LiCoO₂等正极材料，其理论比容量均低于300mAh/g，无法满足日益增长的储能需求，亟待开发高比能量锂离子电池。而以硫作为正极、金属锂作为负极的锂硫电池其理论容量可以达到1675mAh/g，远高于锂离子电池不到300mAh/g的比容量。然而，锂硫电池的商业化应用仍存在诸多问题：首要问题为穿梭效应，穿梭效应导致活性物质损失、金属锂负极被腐蚀等问题；其次，S单质及Li₂S为绝缘体，电子、离子电导率低，导致反应动力学低。这些问题使得锂硫电池在较高倍率下实际比容量较低、循环性能不稳定等。当面积载硫量较高(如≥4mg·cm^-2)，性能恶化更为严重，限制了锂硫电池的商业化应用。

针对锂硫电池存在的上述问题，目前主流方法是通过导电碳材料作为宿主材料，设计碳材料包覆硫颗粒的核壳、蛋黄或多孔结构等物理性固硫，或利用宿主材料和多硫化锂之间的化学吸附作用，抑制多硫化物在电解液中的溶解，降低多硫化物的“穿梭效应”，改善电池性能。因而这些途径仍无法很好的抑制多硫化锂的穿梭效应，提升电池性能。

研究表明，通过在隔膜对正极侧涂覆导电碳材料可有效提升比容量及循环稳定性(S.H Chung,Arumugam Manthiram.Bifunctional Separator with a Light-WeightCarbon-Coating for Dynamically and Statically Stable Lithium-SulfurBatteries,Adv.Funct.Mater.2014；C.H.Chang,S.H.Chung,Arumugam Manthiram,Effective Stabilization of a High-Loading Sulfur Cathodeand a Lithium-MetalAnode in Li-S Batteries Utilizing SWCNT-Modulated Separators,small 2016,12,174–179)。在隔膜对正极侧引入CNT涂层，多硫化锂富集在电解液/CNT涂层界面，拥有发达畅通的电子、离子网络通道，因而反应迅速。该涂层既充当着导电集流体，又是一道物理性屏障，一方面可以通过增加多硫化锂和导电网络的接触面积而加速反应，此外又可以抑制多硫化锂的穿梭效应，因而有效提升了比容量和循环性能。但该涂层面积非常有限，构筑更大面积的类似反应界面是提升锂硫性能的关键。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本实用新型的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种卷绕式电极，以改善现有锂硫电池存在多硫化物“穿梭效应”的问题，提升电池性能。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开提供一种卷绕式电极，由柔性导电集流体和形成于柔性导电集流体表面的硫正极材料卷绕而成。

根据本公开的一个实施方式，硫正极材料的活性物质选自硫、硫化锂中的一种或多种。

根据本公开的一个实施方式，柔性导电集流体为柔性碳集流体。

根据本公开的一个实施方式，柔性碳集流体为石墨烯、碳纳米管和碳纤维中的一种或多种形成的柔性导电膜。

根据本公开的一个实施方式，柔性导电集流体具有包含微孔、介孔和大孔中的一种或多种的多级孔结构。